Low-cost image communication systems solutions for satellites and unmanned aerial vehicles

Abstract

In recent years, the escalating threat of storms and wildfires, exacerbated by climate change and human activity, has necessitated innovative and costeffective solutions for real-time monitoring and disaster response. This dissertation explores the integration of low-cost satellite image reception technologies to help populations in remote areas be ready in time for incoming storms. Alternatively, it can also be used to predict rain and help manage water resources for agriculture as well as a backup system in space observation stations. In the end, a prototype was produced of an independent satellite weather image receiving station that captures and publishes the images on social networks automatically. Regarding the fires, it is a well-known fact that, in the past few years, Portugal has been suffering from extreme wildfires in the peak of summer, either naturally occurring due to the lack of forest cleaning or by human hand. Either way, they have a terrible impact on the environment, costing the lives of people and the animals that inhabit there or nearby and causing irreversible damage. Every year, firefighters risk their lives fighting these fires. So, in order to help them better plan their actions cost-effective earth observation techniques (i.e., high-altitude balloons and unmanned aerial vehicles) could be used to provide them with an “eye in the sky”, showing them the progress of the fire. For that, several low-cost solutions for the ground stations were explored as well as for the payload capable of transmitting real-time images of forest fires. Finally, a payload-ground station system was produced capable of transmitting images on the 2.4 GHz frequency, tested up to a distance of 2.2 km.

Nos últimos anos, a crescente ameaça de tempestades e incêndios florestais, agravada pelas alterações climáticas e pela atividade humana, tem exigido soluções inovadoras e economicamente viáveis para a monitorização em tempo real e resposta a desastres. Esta dissertação explora a integração de tecnologias de receção de imagens de satélite de baixo custo para ajudar as populações em áreas remotas a estarem preparadas a tempo para a chegada de tempestades. Em alternativa, também pode ser usado para prever precipitação e auxiliar na gestão de recursos hídricos para a agricultura, ou como um sistema de” backup” em estações de observação espacial. Tendo sido no final produzido um protótipo de uma estação de receção de imagens meteorológicas de satélite independente que captura e publicação das imagens em redes sociais automaticamente. No que diz respeito aos incêndios, é um facto bem conhecido que, nos últimos anos, Portugal tem sofrido com os incêndios florestais extremos no auge do verão, ocorrendo quer de forma natural devido à falta de limpeza florestal, quer por ação humana. De qualquer forma, eles têm um terrível impacto no ambiente, custando a vida de pessoas e dos animais que habitam na área ou nas proximidades, e causando danos irreversíveis. Todos os anos, os bombeiros arriscam as suas vidas combatendo estes incêndios. Portanto, para ajudá-los a planear melhor as suas ações, técnicas de observação da Terra (ou seja, balões de alta altitude e veículos aéreos não tripulados) podem ser usadas para fornecer-lhes um” olho no céu”, mostrando-lhes o progresso do incêndio em tempo real. Para isso, foram exploradas diversas soluções de baixo custo para as estações terrestres bem como para o” payload” com capacidade para transmitir imagens em tempo real de incêndios florestais. No fim foi produzido um sistema” payload” - estação terrestre capaz de transmitir imagens na frequência de 2.4 GHz, testado até uma distância de 2.2 km.